JP5719994B2 - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光源が発するレーザ光を用いて画像を形成する画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display apparatus that forms an image using laser light emitted from a laser light source.
レーザダイオードといったレーザ光源から発せられるレーザビームを用いて画像を表示する様々な画像表示装置が提案されている。画像表示装置として、ビームを走査し、画像を形成する電子印刷装置(レーザプリンタや複写機)が例示される。他の画像表示装置として、写真を焼き付けるために、印画紙に赤・緑・青のレーザ光を直接照射するフォトプロッタが例示される。更に他の画像表示装置として、映像を表示するために、赤・緑・青のレーザ光を、上述の印画紙に代えて、スクリーンに照射するプロジェクタが例示される。画像表示装置として用いられる他のプロジェクタは、超小型液晶素子やデジタルミラーデバイスといった2次元変調素子を照明し、画像を表示する。 Various image display apparatuses that display an image using a laser beam emitted from a laser light source such as a laser diode have been proposed. Examples of the image display device include an electronic printing device (laser printer or copier) that scans a beam and forms an image. As another image display device, a photo plotter that directly irradiates photographic paper with red, green, and blue laser light for printing photographs is exemplified. Furthermore, as another image display device, a projector that irradiates a screen with red, green, and blue laser light instead of the above-described photographic paper to display an image is exemplified. Another projector used as an image display device illuminates a two-dimensional modulation element such as a micro liquid crystal element or a digital mirror device, and displays an image.
上述の様々な画像表示装置に用いられるレーザ光源として、半導体レーザダイオード(LD)や半導体発光ダイオード(LED)が例示される。半導体レーザダイオード(LD)や半導体発光ダイオード(LED)といった発光素子の温度上昇は、発光スペクトルの中心波長の長波長側へのシフトやスペクトル形状自体の変化を引き起こすことが知られている。特定の半導体レーザ光源や発光ダイオードは、投入電流の値に応じて、中心波長やスペクトル形状の変化を引き起こすことも知られている。 Examples of laser light sources used in the various image display devices described above include semiconductor laser diodes (LDs) and semiconductor light emitting diodes (LEDs). It is known that a temperature rise of a light emitting element such as a semiconductor laser diode (LD) or a semiconductor light emitting diode (LED) causes a shift of the center wavelength of the emission spectrum to a longer wavelength side or a change of the spectrum shape itself. It is also known that specific semiconductor laser light sources and light-emitting diodes cause changes in the center wavelength and spectral shape depending on the value of input current.
特許文献1は、プロジェクタのLEDの輝度調整時における発光スペクトルの変化を抑制するためのLEDの駆動方法を開示する。特許文献1によれば、画像信号の色成分に対する分析結果に基づき、複数の光量制御モードが切り替えられる。
特許文献2は、光源の温度上昇に起因する発光中心波長の長波長側へのシフトを防止するための方法を開示する。特許文献2によれば、光源は、パルス状に変調される。必要とされる光量に応じて、光源の点灯時間と非点灯時間との比率が調整される結果、光源の温度上昇が抑制される。この結果、波長シフトが生じにくくなる。 Patent Document 2 discloses a method for preventing the shift of the emission center wavelength to the long wavelength side caused by the temperature rise of the light source. According to Patent Document 2, the light source is modulated in a pulse shape. As a result of adjusting the ratio between the lighting time and the non-lighting time of the light source according to the required light quantity, the temperature rise of the light source is suppressed. As a result, wavelength shift is less likely to occur.
特許文献3は、ホログラムミラーを備えるヘッドマウントディスプレイを開示する。特許文献3の開示技術は、レーザ光源の温度変化が引き起こす波長シフトに起因するホログラムミラーの回折効率・回折角の変化の低減に取り組む。特許文献3は、レーザ光源の温度を一定にするための光源の放熱方法や、中心波長が異なる光源を複数設ける方法を提案する。 Patent document 3 discloses a head mounted display including a hologram mirror. The technology disclosed in Patent Document 3 addresses the reduction in the change in diffraction efficiency and angle of the hologram mirror caused by the wavelength shift caused by the temperature change of the laser light source. Patent Document 3 proposes a method of radiating a light source for keeping the temperature of a laser light source constant and a method of providing a plurality of light sources having different center wavelengths.
上述の特許文献1及び2の開示技術は、実際の使用条件下における制御に課題を残している。実際の使用条件下においては、温度変化及び投入電力の変化による波長シフトが同時に生ずるので、発光スペクトルの変化の抑制や発光中心波長のシフトの防止は難しい。
The techniques disclosed in
また、スペクトル幅の狭いレーザ光源への投入電流の変化は、スペクトル幅を拡げてしまうこともある。したがって、温度に起因する波長シフトのみを投入電流を用いて補償可能であるか否かは、十分に検証されていない。 In addition, a change in input current to a laser light source having a narrow spectrum width may increase the spectrum width. Therefore, it has not been sufficiently verified whether only the wavelength shift due to temperature can be compensated by using the input current.
特許文献3の開示技術が提案する光源の温度管理だけでは、波長シフトの変化は、抑制されない。加えて、特許文献3の開示技術は、発光中心波長が異なる光源を複数設けることを要求するので、コスト面でも課題を有する。 The change in wavelength shift is not suppressed only by the temperature management of the light source proposed by the technology disclosed in Patent Document 3. In addition, since the technique disclosed in Patent Document 3 requires a plurality of light sources having different emission center wavelengths, there is a problem in terms of cost.
本発明は、高画質の画像を表示する画像表示装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the image display apparatus which displays a high quality image.
本発明の一の局面に係る画像表示装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、前記映像光を回折する第1回折素子と、前記レーザ光の波長と前記第1回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする。 An image display device according to an aspect of the present invention diffracts the image light, a laser light source that emits laser light, an image forming element that emits image light for displaying an image, using the laser light. And a control element that controls a display position of the image based on a wavelength of the laser beam and a temperature of the first diffraction element.
以下、一実施形態に従う画像表示装置が、図面を用いて説明される。図面中、同一、同様の作用或いは同様の動作をなす構成要素には、同様の符号が付されている。冗長な説明を避けるために、必要に応じて、重複する説明は省略される。一連の実施形態の原理の理解を助けるために、図面に示される構成要素は、模式的に示されている。したがって、図面に示される構成要素の形状も模式的であり、以下に説明される実施形態の原理を何ら限定するものではない。 Hereinafter, an image display device according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are given to components that perform the same or similar operations or operations. In order to avoid redundant descriptions, redundant descriptions are omitted as necessary. To assist in understanding the principles of a series of embodiments, the components shown in the drawings are schematically shown. Therefore, the shapes of the components shown in the drawings are also schematic, and do not limit the principles of the embodiments described below.
(一般的なヘッドアップディスプレイ装置)
図13は、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図14は、図13に示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部の構造の概略図である。図13及び図14を用いて、ホログラム光学素子を用いた一般的なヘッドアップディスプレイ装置が説明される。尚、後述される一連の実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置は、画像表示装置として例示される。代替的に、以下に説明される一連の実施形態の原理は、画像を表示するための他の装置にも適用可能である。(General head-up display device)
FIG. 13 is a schematic diagram of a head-up display device mounted on a vehicle. FIG. 14 is a schematic view of the internal structure of the head-up display device shown in FIG. A general head-up display device using a hologram optical element will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In a series of embodiments described later, the head-up display device is exemplified as an image display device. Alternatively, the principles of the series of embodiments described below are applicable to other devices for displaying images.
図13には、車両AMと、車両AMに搭載されたヘッドアップディスプレイ装置900が示されている。図13において、ヘッドアップディスプレイ装置900は、点線で描かれた矩形枠内に示されている。
FIG. 13 shows a vehicle AM and a head-up
ヘッドアップディスプレイ装置900は、映像光ILを出射する本体部910と、ホログラムミラー920と、を備える。車両AMは、運転者DRの前方に配置されたフロントガラスFGを備える。ホログラムミラー920(ホログラム光学素子)は、フロントガラスFGに取り付けられる。ホログラムミラー920は、本体部910が出射した映像光ILを運転者DRに向けて反射する。この結果、映像光ILは、運転者DRに到達する。運転者DRは、映像光ILによって形成された映像を、フロントガラスFGの前方の虚像VIとして知覚する。
The head-up
図14に示される如く、ヘッドアップディスプレイ装置900の本体部910は、レーザ光源930R、930G、930Bを備える。レーザ光源930Rは、赤色のレーザ光を出射する。レーザ光源930Gは、緑色のレーザ光を出射する。レーザ光源930Bは、青色のレーザ光を出射する。
As shown in FIG. 14, the
ヘッドアップディスプレイ装置900は、レーザ光源930R、930G、930Bからのレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部940(2次元変調素子)を更に備える。画像形成部940として、小型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス(DMD)といった装置が例示される。
The head-up
ヘッドアップディスプレイ装置900は、投影レンズ950と、中間スクリーン960を更に備える。投影レンズ950は、上述の画像形成部940が生成した映像光ILを中間スクリーン960に投影する。
The head-up
ヘッドアップディスプレイ装置900は、折返ミラー970を更に備える。中間スクリーン960を通過した映像光ILは、折返ミラー970によって、上述のホログラムミラー920に向けて反射される。
The head-up
ヘッドアップディスプレイ装置900は、制御部980及び映像信号が入力される入力ポート990を更に備える。制御部980は、入力ポート990に入力された映像信号に従って、レーザ光源930R、930G、930Bや画像形成部940を制御する。
The head-up
レーザ光源930R、930G、930Bから出射されたレーザ光は、適切な光学系を用いて、合波並びに整形され、その後、画像形成部940を照明する。画像形成部940は、制御部980の制御下で、画像(映像光IL)を生成し、投影レンズ950に出射する。投影レンズ950が、中間スクリーン960に映像光ILを出射する結果、中間スクリーン960上に映像信号に従う映像が投影並びに描画される。
Laser light emitted from the
ヘッドアップディスプレイ装置900が表示する画像を表す画像データは、入力ポート990に電気信号として入力される。制御部980は、入力ポート990に入力された電気信号(画像データ)を、画像形成部940を駆動するための駆動信号に変換する。その後、制御部980は、駆動信号を画像形成部940に出力する。また、制御部980は、入力ポート990に入力された電気信号(画像データ)に基づき、レーザ光源930R、930G、930Bそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。制御部980は、タイミング信号に基づき、レーザ光源930R、930G、930Bそれぞれに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源930R、930G、930Bは、点灯する。
Image data representing an image displayed by the head-up
図13及び図14に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置900は、周囲の温度変化の影響を受けやすい。例えば、レーザ光源930R、930G、930B、ホログラムミラー920や制御部980内の画像データを処理するための電気回路の特性は、周囲の温度変化に伴って変動する。
The head-up
レーザ光源930R、930G、930Bの温度変化は、出射されるレーザ光の波長のシフトを引き起こす。シフトしたレーザ光の波長は、ホログラムミラー920の回折特性に対して不適切なものとなる。この結果、画像の解像度や輝度が低下し、表示される画像の画質が著しく低減する。
The temperature change of the
画像表示装置の周辺温度は、画像表示装置が使用される環境の温度変化だけでなく、画像表示装置に使用時間に応じて増大する画像表示装置の内部温度の影響も受ける。このため、画像表示装置の周辺温度は、刻々と変化する。 The ambient temperature of the image display device is influenced not only by the temperature change of the environment in which the image display device is used, but also by the internal temperature of the image display device that increases with the use time of the image display device. For this reason, the ambient temperature of the image display device changes every moment.
上述の特許文献3の開示技術は、レーザ装置の温度上昇を抑制することのみに有効である。したがって、特許文献3の開示技術は、ホログラムミラーの特性変化とレーザ装置の特性変化との間の同期に取り組むものではない。 The technology disclosed in Patent Document 3 described above is effective only for suppressing the temperature rise of the laser device. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 3 does not address synchronization between the change in characteristics of the hologram mirror and the change in characteristics of the laser device.
本発明者は、使用時におけるレーザ光源の温度変化やホログラムミラーの温度変化といった時々刻々と変化する特性に即時に対応する制御の不存在が、上述の画質の低下を引き起こすことを明らかにした。この事実は、車載用途や屋外での用途といった過酷な条件下での画像表示装置の使用時に特に顕著となる。しかしながら、画像表示装置の一般的な使用条件下においても、画像表示装置が数分間以上使用されると、画像の劣化といった問題が発生する。本発明者は、レーザ光源とホログラム素子といった回折素子とを備える画像表示装置の使用条件が、上述の事実に基づき、制限されるという新たな課題を見出した。以下に説明される一連の実施形態の原理は、一般的な画像表示装置が内包する上述の課題を適切に改善する。 The present inventor has clarified that the absence of control that immediately responds to the characteristics that change from moment to moment such as the temperature change of the laser light source and the temperature change of the hologram mirror during use causes the above-described deterioration in image quality. This fact is particularly noticeable when the image display apparatus is used under severe conditions such as in-vehicle applications and outdoor applications. However, even under general use conditions of the image display device, if the image display device is used for several minutes or more, a problem such as image degradation occurs. The present inventor has found a new problem that the use conditions of an image display apparatus including a laser light source and a diffraction element such as a hologram element are limited based on the above-described facts. The principle of a series of embodiments described below appropriately improves the above-described problems included in a general image display apparatus.
(第1実施形態)
第1実施形態において、画像表示装置としてヘッドアップディスプレイ装置が例示される。第1実施形態の原理では、ホログラム光学素子の周辺の温度とホログラム光学素子の周辺に入射する外光の光量とに基づき、ホログラム光学素子の温度が予測される。また、レーザ光源の温度がモニタされ、レーザ光源から出力されるレーザ光の中心波長が予測される。予測されたホログラム光学素子の温度及びレーザ光の中心波長に基づき、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる適切な回折角が算出される。画像形成部が形成する画像の表示位置は、算出された回折角の数値に基づき調整される。この結果、運転者が視認する画像の劣化が低減される。(First embodiment)
In the first embodiment, a head-up display device is exemplified as the image display device. According to the principle of the first embodiment, the temperature of the hologram optical element is predicted based on the temperature around the hologram optical element and the amount of external light incident on the periphery of the hologram optical element. Further, the temperature of the laser light source is monitored, and the center wavelength of the laser light output from the laser light source is predicted. Based on the predicted temperature of the hologram optical element and the center wavelength of the laser beam, an appropriate diffraction angle at which the diffraction efficiency of the hologram optical element is highest is calculated. The display position of the image formed by the image forming unit is adjusted based on the calculated numerical value of the diffraction angle. As a result, the deterioration of the image visually recognized by the driver is reduced.
図1は、第1実施形態に従う画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部構造の概略図である。図1を用いて、第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が説明される。 FIG. 1 is a schematic diagram of the internal structure of a head-up display device exemplified as an image display device according to the first embodiment. The head-up display device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
ヘッドアップディスプレイ装置100は、映像光ILを出射する本体部110と、車両のフロントガラスFGに取り付けられたホログラムミラー120と、を備える。ホログラムミラー120は、車両を運転する運転者に向けて映像光ILを回折する。本実施形態において、ホログラムミラー120は、第1回折素子として例示される。
The head-up
本体部110は、レーザ光源130R、130G、130Bを備える。レーザ光源130Rは、赤色のレーザ光を出射する。レーザ光源130Gは、緑色のレーザ光を出射する。レーザ光源130Bは、青色のレーザ光を出射する。本実施形態において、レーザ光源130R、130G、130Bのうち1つは、第1レーザ光源として例示され、他のもう1つは、第2レーザ光源として例示される。第1レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光は、第1レーザ光として例示される。また、第1レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光の色相は、第1色相として例示される。第2レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光は、第2レーザ光として例示される。また、第2レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光の色相は、第2色相として例示される。
The
本体部110は、レーザ光源130R、130G、130Bからのレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部140(2次元変調素子)を更に備える。画像形成部140として、小型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス(DMD)といった装置が例示される。画像形成部140は、レーザ光源130R、130G、130Bからのレーザ光を用いて、画像を表示するための映像光ILを出射する。本実施形態において、画像形成部140は、画像形成要素として例示される。
The
本体部110は、投影レンズ150と、中間スクリーン160を更に備える。投影レンズ150は、上述の画像形成部140が生成した映像光ILを中間スクリーン160に投影する。
The
本体部110は、折返ミラー170を更に備える。中間スクリーン160を通過した映像光ILは、折返ミラー170によって、上述のホログラムミラー120に向けて反射される。
The
本体部110は、制御部180及び映像信号が入力される入力ポート190を更に備える。制御部180は、入力ポート190に入力された映像信号に従って、レーザ光源130R、130G、130Bや画像形成部140を制御する。制御部180による制御は、後述される。
The
レーザ光源130R、130G、130Bから出射されたレーザ光は、適切な光学系を用いて、合波並びに整形され、その後、画像形成部140を照明する。画像形成部140は、制御部180の制御下で、画像(映像光IL)を生成し、投影レンズ150に出射する。投影レンズ150は、中間スクリーン160に映像光ILを出射する結果、中間スクリーン160上に映像信号に従う映像が投影並びに描画される。
The laser light emitted from the
ヘッドアップディスプレイ装置100が表示する画像を表す画像データは、入力ポート190に電気信号として入力される。制御部180は、入力ポート190に入力された電気信号(画像データ)を、画像形成部140を駆動するための駆動信号に変換する。その後、制御部180は、駆動信号を画像形成部140に出力する。また、制御部180は、入力ポート190に入力された電気信号(画像データ)に基づき、レーザ光源130R、130G、130Bそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。制御部180は、タイミング信号に基づき、レーザ光源130R、130G、130Bそれぞれに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源130R、130G、130Bは、点灯する。
Image data representing an image displayed by the head-up
本体部110は、更に、レーザ光源130R、130G、130Bの温度をそれぞれ測定する第1測温部131R、131G、131Bを更に備える。第1測温部131Rは、レーザ光源130Rの温度を測定する。第1測温部131Gは、レーザ光源130Gの温度を測定する。第1測温部131Bは、レーザ光源130Bの温度を測定する。第1測温部131R、131G、131Bは、レーザ光源130R、130G、130Bの測定温度に基づき、第1温度データを制御部180に出力する。第1測温部131R、131G、131Bは、レーザ光源130R、130G、130B自体の温度を測定する。代替的に、第1測温部は、レーザ光源の周辺温度を測定してもよい。更に代替的に、第1測温部は、レーザ光源自体の温度とレーザ光源の周辺温度とを測定してもよい。尚、「レーザ光源の周辺温度」との用語は、温度変化に起因するレーザ光の波長の変動(シフト)を予測可能な温度データを取得できるレーザ光源の近傍範囲の温度を意味する。レーザ光源の周辺温度は、例えば、レーザ光源から10cm或いは20cmの範囲の空間の温度であってもよい。
The
ヘッドアップディスプレイ装置100は、車両の室内温度を測定する第2測温部121を更に備える。第2測温部121は、ホログラムミラー120の周辺温度を測定するために用いられる。第2測温部121は、ホログラムミラー120の周辺温度に基づき、制御部180に第2温度データを出力する。尚、「ホログラムミラーの周辺温度」との用語は、温度変化に起因するホログラムミラーの回折特性の変動を予測可能な温度データを取得できるホログラムミラーの近傍範囲の温度を意味する。ホログラムミラーの周辺温度は、例えば、ホログラムミラーから10cm或いは20cmの範囲の空間の温度であってもよい。
The head-up
ヘッドアップディスプレイ装置100は、車両の室内へ入射する外光の光量を測定する測光部122を更に備える。測光部122は、ホログラムミラー120の周辺に入射する外光の光量を測定するために用いられる。測光部122は、測定された外光の光量に基づき、光量データを生成し、制御部180へ出力する。尚、「ホログラムミラーの周辺に入射する光量」との用語は、ホログラムミラー自体に入射する外光がホログラムミラーの温度変化に与える影響が推定可能な程度にホログラムミラーに近接した範囲に入射する外光の光量を意味する。ホログラムミラーの周辺に入射する光量は、例えば、ホログラムミラーから10cm或いは20cmの範囲の空間に入射する外光の光量であってもよい。
The head-up
制御部180は、画像の表示位置を制御する位置制御部181を備える。第1測温部131R、131G、131B、第2測温部121及び測光部122の出力データは、位置制御部181に入力される。位置制御部181は、第1測温部131R、131G、131Bからの第1温度データに基づき、レーザ光源130Rから出射される赤色レーザ光の波長シフト、レーザ光源130Gから出射される緑色レーザ光の波長シフト及びレーザ光源130Bから出射される青色レーザ光の波長シフトを推定することができる。また、位置制御部181は、第2測温部121からの第2温度データ及び測光部122からの光量データに基づき、ホログラムミラー120の温度変化に起因する回折特性の変動を予測することができる。したがって、位置制御部181は、レーザ光の波長に関係づけられる第1温度データ並びにホログラムミラー120の温度に関連づけられる第2温度データ及び光量データに基づき、レーザ光源130Rから出射された赤色レーザ光によって描かれる赤色画像、レーザ光源130Gから出射された緑色レーザ光によって描かれる緑色画像及びレーザ光源130Bから出射された青色レーザ光によって描かれる青色画像それぞれの表示位置を制御することができる。本実施形態において、赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち1つは、第1画像として例示され、他のもう1つは、第2画像として例示される。
The
制御部180は、入力ポート190に入力された画像信号を処理する画像信号処理部182を更に備える。上述の位置制御部181は、第1温度データ、第2温度データ及び光量データに基づいて、赤色画像、緑色画像及び青色画像それぞれに対するシフト量を決定し、シフト量に関するシフト情報を生成する。赤色画像、緑色画像及び青色画像それぞれに対するシフト量に関するシフト情報は、画像信号処理部182に入力される。本実施形態において、赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち第1画像として例示された画像に対するシフト情報は、第1シフト情報として例示される。赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち第2画像として例示された画像に対するシフト情報は、第2シフト情報として例示される。また、位置制御部181は、制御要素として例示される。
The
画像信号処理部182は、入力されたシフト情報に基づき、赤色画像、緑色画像及び青色画像の位置が独立して調整されるように画像形成部140を駆動する。本実施形態において、画像信号処理部182は、画像形成部140と合わせて、画像形成要素として例示される。
The image
制御部180は、レーザ光源130R、130G、130Bに電力を供給する駆動電源183を更に備える。画像信号処理部182は、入力ポート190に入力された画像信号に基づき、レーザ光源130R、130G、130Bそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。タイミング信号は、駆動電源183に出力される。駆動電源183は、タイミング信号に基づき、必要な電流を供給し、レーザ光源130R、130G、130Bそれぞれを点灯する。本実施形態において、駆動電源183は、電源要素として例示される。
The
レーザ光源130R、130G、130Bの点灯の結果、画像形成部140において、赤色画像、緑色画像及び青色画像によって表される画像が形成される。上述の如く、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置は、シフト情報に基づき、それぞれ適切に調整される。
As a result of turning on the
図2は、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置に対するシフト量を調整する位置制御部181の構成を概略的に示すブロック図である。図1及び図2を用いて、シフト量の決定手法が説明される。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the
制御部180の位置制御部181は、A/Dコンバータ184を備える。上述の如く、駆動電源183によって駆動されるレーザ光源130R、130G、130Bにそれぞれ取り付けられた第1測温部131R、131G、131Bは、A/Dコンバータ184にレーザ光源130R、130G、130Bの測定温度を表すアナログ信号(第1温度データ)を出力する。また、第2測温部121は、ホログラムミラー120の周囲の温度を表すアナログ信号(第2温度データ)をA/Dコンバータ184に出力する。測光部122は、ホログラムミラー120への入射光量を表すアナログ信号(光量データ)をA/Dコンバータ184に出力する。A/Dコンバータ184は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
位置制御部181は、レジスタ185を更に備える。A/Dコンバータ184は、上述のデジタル信号をレジスタ185に出力する。レジスタ185は、第1温度データに基づき、レーザ光源130R、130G、130Bが出射するレーザ光の波長を推定する。また、レジスタ185は、第2温度データ及び光量データに基づき、ホログラムミラー120の温度を推定する。
The
レジスタ185は、ある温度(例えば、25℃)においてレーザ光源130R、130G、130Bから出射されるレーザ光の中心波長及び中心波長の温度変化率を予め記憶する。例えば、レジスタ185は、25℃の温度のレーザ光源130Bが出射する青色レーザ光の中心波長は、450nmであり、青色レーザ光の温度変化率は、0.2nm/℃であるとの情報を格納する。このとき、第1測温部131Bからの第1温度データが、40℃のレーザ光源130Bの温度を表すならば、レジスタ185は、レーザ光源130Bからの出射される青色レーザ光の中心波長は、453nmであると推定する。
The
レジスタ185は、測光部122が測定した外光の光量に対するホログラムミラー120の温度上昇量を予め記憶する。温度上昇量は、例えば、ある特定の波長の光に対するホログラムミラー120の吸収率や比熱といったパラメータを用いて算出される。この結果、ホログラムミラー120が光を吸収することに起因する温度上昇量が適切に求められる。
The
レジスタ185は、例えば、測光部122が検出した外光の光量とホログラムミラー120に実際に照射されている外光の光量との相関関係に関するデータを予め記憶してもよい。レジスタ185は、測光部122が検出した外光の光量に基づき、ホログラムミラー120に実際に照射されている外光の光量を推定することができる。また、レジスタ185は、ホログラムミラー120に実際に照射されている外光の光量とホログラムミラー120の光吸収率とに基づき、ホログラムミラー120が吸収する熱エネルギを算出することができる。算出された熱エネルギとホログラムミラー120の比熱との乗算によって、レジスタ185は、ホログラムミラー120の温度上昇量を推定することができる。
For example, the
ホログラムミラー120は、典型的には、波長400nm以下の紫外光或いは波長800nm以上の赤外光を吸収する。したがって、測光部122は、好ましくは、これらの波長域の光の光量を測定することが可能な測定素子を備える。
The
レジスタ185は、算出されたホログラムミラー120の温度上昇量と第2測温部121から得られた第2温度データとの和をホログラムミラー120の温度として推定してもよい。
The
レジスタ185は、レーザ光源130R、130G、130Bから出射される赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光の波長と画像形成部140が形成する画像の表示位置との関係を表すテーブルを格納する。本実施形態において、レジスタ185は、記憶部として例示される。
The
位置制御部181は、ホログラムミラー120やレーザ光源130R、130G、130Bの温度変化に起因する画像の表示位置の変動を補償するためのシフト量を算出する演算部186を備える。演算部186は、レジスタ185に格納された上述のテーブルを用いて、シフト量を算出してもよい。本実施形態において、演算部186は、生成部として例示される。
The
位置制御部181は、シフト情報に基づき、画像信号処理部182にシフト量を通知するための信号を生成する信号生成部187を更に備える。画像信号処理部182は、入力ポート190からの画像信号及び信号生成部187からのシフト情報に基づき、画像信号を処理し、画像形成部140を駆動並びに制御する。本実施形態において、信号生成部187は、出力部として例示される。
The
第1実施形態の原理に従うならば、画像の表示位置は、周辺温度に応じて変動するレーザ光源130R、130G、130Bから出射されるレーザ光の中心波長やホログラムミラー120の回折角に応じて、所定方向にシフトされる。この結果、車両を運転する運転者は、色ズレといった画質劣化の少ない画像を視認することができる。
If the principle of the first embodiment is followed, the display position of the image depends on the center wavelength of the laser light emitted from the
図3は、周辺温度と表示される画像の位置のシフト量との関係を表す概略的なプロット図である。図1及び図3を用いて、周辺温度と表示される画像の位置のシフト量との関係が説明される。 FIG. 3 is a schematic plot showing the relationship between the ambient temperature and the shift amount of the displayed image position. The relationship between the ambient temperature and the shift amount of the displayed image position will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
図3のプロット図の横軸は、周辺温度及び30℃の周辺温度を基準とした温度変動量(Δt)を示している。図3のプロット図の縦軸は、周辺温度の変動に伴う画像の表示位置の変動(画像シフト量)を示している。本発明者は、周辺温度を変動させ、画像形成部140として2次元変調素子を用いたときの赤色画像と青色画像の表示位置の変動を調査し、図3のプロット図を作成した。
The horizontal axis of the plot of FIG. 3 shows the temperature fluctuation amount (Δt) based on the ambient temperature and the ambient temperature of 30 ° C. The vertical axis of the plot diagram of FIG. 3 shows the change in image display position (image shift amount) accompanying the change in ambient temperature. The inventor investigated the variation of the display position of the red image and the blue image when the ambient temperature was varied and the two-dimensional modulation element was used as the
図3のプロット図から、以下の特性が明らかとなった。 The following characteristics were clarified from the plot of FIG.
(1)周辺温度の変動に伴って、画像の表示位置は線形的に変化する。 (1) The display position of the image changes linearly as the ambient temperature varies.
(2)画像の表示位置のシフト方向は、垂直方向のみである。 (2) The shift direction of the image display position is only the vertical direction.
本発明者は、レーザ光源130Rとして、GaAs系材料をベースとした赤色半導体レーザ光源を用いた。また、本発明者は、レーザ光源130Bとして、GaN系材料をベースとした青色半導体レーザ光源を用いた。赤色半導体レーザ光源によって描かれる赤色画像のシフト量は、青色半導体レーザ光源によって描かれる青色画像のシフト量と相違する。しかしながら、両画像のシフト量の変動は線形であることから、周辺温度に対して線形的にシフト量が補正されることによって、運転者が視認する画像の劣化が抑制されることが分かる。
The inventor used a red semiconductor laser light source based on a GaAs-based material as the
図4は、図3に示される上述の関係を用いた画像の表示位置の補正手法を表す概略図である。図1乃至図4を用いて、画像の表示位置の補正が説明される。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for correcting the display position of an image using the above-described relationship shown in FIG. The correction of the image display position will be described with reference to FIGS.
図4中、温度変動量が0℃であるときの赤色画像の映像光ILは、点線で示されている。また、温度変動量が55℃であるときの赤色画像の映像光ILは、実線で示されている。図4中、運転者DRの眼の位置は、一定である。 In FIG. 4, the video light IL of the red image when the temperature fluctuation amount is 0 ° C. is indicated by a dotted line. Further, the video light IL of the red image when the temperature fluctuation amount is 55 ° C. is indicated by a solid line. In FIG. 4, the position of the eyes of the driver DR is constant.
温度変動量が0℃であるときの中間スクリーン160上の赤色画像の表示位置は、図4において、表示領域DA1として示されている。温度変動量が0℃であるとき、レーザ光源130Rからの赤色のレーザ光によって描かれる赤色画像が、表示領域DA1に照射されると、映像光ILは、折返ミラー170及びホログラムミラー120を介して、運転者DRの眼に到達する。この結果、運転者DRは、フロントガラスFGの前方に虚像VIを知覚する。
The display position of the red image on the
図3に示される如く、周辺温度の変動量が55℃になると、赤色画像は、約1.8mmだけ上方にシフトする。図1及び図2に関連して説明された如く、位置制御部181は、「1.8mm」のシフト量を表すシフト情報を画像信号処理部182に出力する。この結果、画像信号処理部182は、表示領域DA1に対して1.8mmだけ下方に移動した表示領域DA2に赤色画像が表示されるように画像形成部140を制御する。かくして、運転者DRは、温度変動量が0℃であるときの虚像VIと同じ位置で、虚像VIを視認することができる。尚、表示領域DA1から表示領域DA2への画像の表示位置の変位がないならば、運転者DRは、画像中の色ズレ(画質の劣化)を知覚することとなる。
As shown in FIG. 3, when the fluctuation amount of the ambient temperature reaches 55 ° C., the red image shifts upward by about 1.8 mm. As described with reference to FIGS. 1 and 2, the
ホログラムミラー120が、ホログラムミラー120に照射されるレーザ光を吸収する結果、ホログラムミラー120の温度が上昇することもある。尚、ホログラムミラー120の周辺温度やホログラムミラー120へ入射する外光に起因するホログラムミラー120の温度変化と比較すると、レーザ光の吸収に起因するホログラムミラー120の温度上昇は小さい。しかしながら、レジスタ185は、好ましくは、ホログラムミラー120の周辺温度やホログラムミラー120へ入射する外光の光量に基づき予測される温度上昇量よりも、レーザ光の吸収に起因する温度上昇分だけ高い温度を予測してもよい。この結果、レーザ光の吸収に起因するホログラムミラー120の温度上昇の影響が緩和され、高い精度で画像の位置調整がなされる。
As a result of the
ホログラムミラー120の温度は、特に、フロントガラスFGに入射する太陽光の光量によって大きく変化する。したがって、第2測温部121及び測光部122は、好ましくは、フロントガラスFGに入射する太陽光が遮られない位置に配設される。例えば、第2測温部121及び測光部122は、フロントガラスFGの下部やダッシュボードの上に配設されてもよい。これらの適切な位置に第2測温部121及び測光部122が配設されるならば、ホログラムミラー120の実温度に対する誤差が好適に低減される。第2測温部121及び測光部122の実測面が太陽光の入射方向に対して垂直に近づけられるように、第2測温部121及び測光部122の測定部は、好ましくは、フロントガラスFG側に傾斜して配設されてもよい。
The temperature of the
本実施形態において、第2測温部121は、ホログラムミラー120の周辺温度を測定する。代替的に、ホログラムミラー自体の温度が測定されてもよい。更に代替的に、ホログラムミラーの周辺温度及びホログラムミラー自体の温度の両方が測定されてもよい。
In the present embodiment, the second
本実施形態において、測光部122は、ホログラムミラー120の周辺に入射する外光の光量を測定する。代替的に、ホログラムミラー自体に入射する外光の光量が測定されてもよい。更に代替的に、ホログラムミラーの周囲に入射する外光の光量及びホログラムミラー自体に入射する外光の光量の両方が測定されてもよい。
In the present embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態において、ホログラム光学素子の温度は、ホログラム光学素子のうち画像の表示に寄与しない領域に設けられたホログラムパターンを用いて測定される。温度測定のために形成されたホログラムパターンによって回折されたレーザビームの位置に基づいて、ホログラム光学素子の温度が判定され、表示される画像のシフト量が決定される。(Second Embodiment)
In the second embodiment, the temperature of the hologram optical element is measured using a hologram pattern provided in a region of the hologram optical element that does not contribute to image display. Based on the position of the laser beam diffracted by the hologram pattern formed for temperature measurement, the temperature of the hologram optical element is determined, and the shift amount of the displayed image is determined.
図5は、第2実施形態の画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図5を用いて、第2実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が説明される。 FIG. 5 is a schematic diagram of a head-up display device exemplified as the image display device of the second embodiment. The head-up display device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置100Aは、フロントガラスFGの取り付けられたホログラム光学素子120Aと、ホログラム光学素子120Aに映像光ILを出射する本体部110Aと、を備える。ホログラム光学素子120Aは、運転者に画像を視認させるように映像光ILを回折する第1ホログラム125と、ホログラム光学素子120Aの温度の測定のために用いられる第2ホログラム126と、を備える。第2ホログラム126は、第1ホログラム125に隣接して配設される。本実施形態において、第1ホログラム125は、第1回折素子として例示される。
The head-up
本体部110Aは、第1実施形態に関連して説明された本体部110と同様に、レーザ光源130R、130G、130B、画像形成部140、投影レンズ150、中間スクリーン160、折返ミラー170及び第1測温部131R、131G、131Bを備える。ヘッドアップディスプレイ装置100Aは、第1実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置100と同様に、第2測温部121を更に備える。
As with the
本体部110Aから出射される映像光ILの一部は、第2ホログラム126へ入射する。第2ホログラム126は、映像光ILの一部を回折する。ヘッドアップディスプレイ装置100Aは、第2ホログラム126が回折した回折光DLを受光する受光部122Aと、制御部180Aを更に備える。
A part of the image light IL emitted from the
運転者に向けて映像光ILを回折する第1ホログラム125と異なり、第2ホログラム126は、受光部122Aに向けて映像光ILの一部を回折する。第2ホログラム126は、第2ホログラム126の温度に応じて回折方向を変化させる。受光部122Aは、回折光DLの受光位置に関する情報を含む回折位置データを出力する。第2測温部121は、車両の室内温度に関する情報を含む室内温度データを出力する。本実施形態において、回折位置データ及び室内温度データは、第2温度データとして例示される。また、第2ホログラム126は、第2回折素子として例示される。受光部122Aは、受光要素として例示される。
Unlike the
制御部180Aは、位置制御部181Aを備える。第1測温部131R、131G、131Bからの第1温度データ、第2測温部121からの室内温度データ及び受光部122Aからの回折位置データは、位置制御部181Aにそれぞれ入力される。位置制御部181Aは、第1温度データに基づき、レーザ光源130R、130G、130Bから出射されるレーザ光の波長を推定する。また、位置制御部181Aは、室内温度データ及び回折位置データに基づき、ホログラム光学素子120Aの温度を推定する。
The
本実施形態の原理によれば、ホログラム光学素子120Aの温度は、ホログラム光学素子120Aに直接的に取り付けられた測温部を要することなく、適切に推定される。ホログラム光学素子120Aの実際の測定温度に基づくよりも、回折位置データは、ホログラム光学素子120Aの温度変動が、ホログラム光学素子120Aの回折角に与える影響を正確に表す。ホログラム光学素子120Aの回折角に対する温度特性が、正確に把握されるので、表示される画像の位置は、一層正確に制御される。
According to the principle of the present embodiment, the temperature of the hologram
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置100Aは、車両に搭載される。したがって、ホログラム光学素子120Aは、車両のフロントガラスFGに取り付けられる。上述の如く、ホログラム光学素子120Aの温度を測定するための測温部は必要とされないので、運転者の視界を妨げる測温部への配線も不要となる。したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置100Aは、車載用途に好適である。
The head-up
制御部180Aは、第1実施形態に関連して説明された制御部180と同様に、画像信号処理部182及び駆動電源183を更に備える。位置制御部181Aは、第1温度データ、回折位置データ及び室内温度データに基づき、画像の表示位置のシフト量に関するシフト情報を画像信号処理部182に出力する。画像信号処理部182は、シフト情報及び画像信号に基づき、画像形成部140を制御並びに駆動する。
The
位置制御部181Aは、駆動電源183を制御するための制御信号を生成してもよい。駆動電源183は、制御信号に基づき、レーザ光源130R、130G、130Bへ電流信号を出力する。この結果、レーザ光源130R、130G、130Bは、画像信号に従って点灯する。
The
ヘッドアップディスプレイ装置100Aは、受光部122Aに取り付けられた光学フィルタを備えてもよい。光学フィルタは、好ましくは、レーザ光源130R、130G、130Bから出射されるレーザ光の波長以外の光の受光部122Aへの到達を妨げる。変調された光源がレーザ光源130R、130G、130Bとして用いられるならば、変調信号「(f)+Δf」の信号で駆動された光源から発せられたレーザ光は、受光部122Aの受光によって発生する信号と変調信号(f)とで、ヘテロダイン検波される。この結果、画像の表示位置に対する外光の影響が低減される。かくして、画像の表示位置が画像のシフト量を増大させる方向へ誤作動するといった不適切な制御が生じにくくなる。
The head-up
図6は、第2ホログラム126を用いたホログラム光学素子120Aの温度の測定を説明する概略図である。図5及び図6を用いて、ホログラム光学素子120Aの温度の測定が説明される。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the measurement of the temperature of the hologram
本体部110Aから出射される映像光ILのうち、運転者に表示される内容を表す部分は、第1ホログラム125に入射する。映像光ILは、運転者に表示される内容を表す部分に加えて、運転者に表示される内容を表さない部分(温度測定光)を含む。温度測定光は、第2ホログラム126に入射する。
Of the image light IL emitted from the
第2ホログラム126は、運転者への画像表示に用いられる第1ホログラム125とは異なる回折角を有する。第2ホログラム126は、運転者へ向けて、映像光ILを回折せず、本体部110Aに向けて映像光ILを回折する。
The
第2ホログラム126によって回折された回折光DLの方向は、第2ホログラム126の温度とレーザ光源130R、130G、130Bの発振波長に応じて変動する。したがって、回折光DLの方向によって、ホログラム光学素子120Aの回折角は、略リアルタイムで検出される。
The direction of the diffracted light DL diffracted by the
位置制御部181Aは、好ましくは、ホログラム光学素子120Aの温度と、受光部122Aへの回折光DLの入射位置又は回折光DLの回折方向との関係を表す情報を予め記憶している。回折光DLの入射位置や回折光DLの回折方向の情報として、受光部122Aに設定された基準位置からの入射位置の変位量や回折方向の変位量が用いられてもよい。この結果、受光部122Aが回折光DLを検出すると、位置制御部181Aは、受光部122Aに対する回折光DLの入射位置や回折光DLの回折方向に基づき、ホログラム光学素子120Aの温度を算出することができる。したがって、本実施形態の原理によれば、ホログラム光学素子120Aの温度は、直接的な測定なしに、適切に検出される。
The
図6に示される如く、ヘッドアップディスプレイ装置100Aは、好ましくは、受光部122Aに取り付けられたウェッジ型のフィルタ要素123を備えてもよい。フィルタ要素123は、ウェッジ型の断面を有するので、迷光は生じにくくなる。フィルタ要素123は、回折光DLの不要な方向への反射を防止するので、誤った情報が運転者に提供されにくくなる。尚、フィルタ要素123は、迷光を抑制するだけでなく、上述の光学フィルタと同様に、レーザ光源130R、130G、130Bから出射されるレーザ光の波長以外の光の受光部122Aへの到達を妨げてもよい。
As shown in FIG. 6, the head-up
図7は、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置に対するシフト量を調整する位置制御部181Aの構成を概略的に示すブロック図である。図6及び図7を用いて、シフト量の決定手法が説明される。
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the
制御部180Aの位置制御部181Aは、A/Dコンバータ184を備える。上述の如く、駆動電源183によって駆動されるレーザ光源130R、130G、130Bにそれぞれ取り付けられた第1測温部131R、131G、131Bは、A/Dコンバータ184にレーザ光源130R、130G、130Bの測定温度を表すアナログ信号(第1温度データ)を出力する。また、第2測温部121は、車両の室内温度を表すアナログ信号(室内温度データ)をA/Dコンバータ184に出力する。受光部122Aは、回折光DLの入射位置或いは回折方向を表すアナログ信号(回折位置データ)をA/Dコンバータ184に出力する。A/Dコンバータ184は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
位置制御部181Aは、受光部122Aからの回折位置データに従い、画像の表示位置を変化させるか否かを判定する演算部186Aを備える。
The
位置制御部181Aは、レジスタ185Aを更に備える。レジスタ185Aは、レーザ光源130R、130G、130Bの発振波長及びホログラム光学素子120Aの温度特性をテーブルとして格納する。レジスタ185Aは、レーザ光源130R、130G、130Bの発振波長の初期値やその後の発振波長の変動に対応する温度特性を格納してもよい。レジスタ185Aが、これらの温度特性を格納するならば、位置制御部181Aによる制御のための演算処理が高速化される。したがって、ホログラム光学素子120Aの回折角の温度変化は、より短時間に補償されることとなる。
The
レジスタ185Aは、ホログラム光学素子120Aの温度と、受光部122Aへの回折光DLの入射位置又は回折光DLの回折方向との関係を表す情報を予め記憶している。回折光DLの入射位置や回折光DLの回折方向の情報として、受光部122Aに設定された基準位置からの入射位置の変位量や回折方向の変位量が用いられてもよい。
The
レジスタ185Aは、ホログラム光学素子120Aの温度に対して最適なレーザ光の波長に関する波長情報を予め記憶している。演算部186Aは、波長情報に基づき、ホログラム光学素子120Aの現在温度に対する最適な回折角を算出し、シフト情報を出力する。
The
位置制御部181Aは、信号生成部187Aを更に備える。信号生成部187Aは、演算部186Aからのシフト情報に基づき、画像信号処理部182にシフト量を通知するための信号を生成する。画像信号処理部182は、画像信号及び信号生成部187からのシフト情報に基づき、画像信号を処理し、画像形成部140を駆動並びに制御する。
The
尚、レジスタ185Aは、受光部122Aへの回折光DLの入射位置又は回折光DLの回折方向といった回折光DLの回折特性と、ホログラム光学素子120Aに対して最適なレーザ光の波長との関係を表す情報を格納してもよい。
The
受光部122Aに回折光DLが入射しないとき、又は、回折光DLの光量に対して予め設定された光量閾値を下回る回折光DLの光量が検出されたとき、位置制御部181Aは、レーザ光源130R、130G、130Bへの電流の供給を停止するための制御信号を駆動電源183へ出力してもよい。この結果、本体部110Aからの映像光ILの出射が停止される。
When the diffracted light DL is not incident on the
上述の映像光ILの停止機能の結果、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置100Aが搭載された車両が事故により破損しても、レーザ光源130R、130G、130Bへの電力供給が停止されているので、レーザ光は、ヘッドアップディスプレイ装置100A外に放射されない。かくして、意図しない場所へのレーザ光の放射が生じにくくなる。位置制御部181Aに設定される光量閾値は、任意に設定される。光量閾値は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置100Aが駆動されていないとき(即ち、レーザ光源130R、130G、130Bからのレーザ光の出射が停止されているとき)に受光部122Aが検出する光量以上の値に設定されてもよい。尚、光量閾値の上限は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置100Aが正常に駆動されている間、レーザ光源130R、130G、130Bへの電力供給が不必要に遮断されないように適宜定められる。
As a result of the above-described stop function of the image light IL, for example, even if a vehicle on which the head-up
本実施形態の原理によれば、図5に関連して説明された如く、ホログラム光学素子120Aの温度は、第2ホログラム126からの回折光DLの回折角度を用いて測定される。したがって、受光部122Aは、複数の受光領域を有する。
According to the principle of the present embodiment, as described with reference to FIG. 5, the temperature of the hologram
第1実施形態に関連して説明された如く、画像形成部140が2次元変調素子であるならば、画像の表示位置は、周辺温度の変動に伴って垂直方向のみにシフトする。したがって、受光部122Aは、好ましくは、回折角を検出するように配列された複数の受光素子を含むラインセンサであってもよい。
As described in connection with the first embodiment, if the
画像形成部140は、例えば、MEMSを含んでもよい。この場合、画像形成部140は、ホログラム光学素子120A上にレーザビームを走査し、画像を形成する。MEMS自体の走査角も温度に影響を受けるので、受光部122Aは、2次元アレイ型の受光素子を含むことが好ましい。
The
受光部122Aが複数の受光領域を有するならば、演算部186Aは、複数の受光領域に入射した回折光DLの光量を演算することが好ましい。例えば、4分割された受光領域を有する受光部122Aが用いられるならば、演算部186Aは、4分割された受光領域からのプッシュプル信号を算出し、受光部122Aに入射した回折光DLの中心位置を算出することができる。
If the
図6に示される如く、受光部122Aの受光領域は、好ましくは、回折光DLの回折角の温度変化の方向に沿って分割される。この結果、複数の受光領域が、回折光DLの回折角の温度変化の方向に沿って整列する。受光部122Aが、車両を運転する運転者と車両のフロントガラスFGとの間に配設されたダッシュボード上に配設されるならば、フロントガラスFGから運転者に近づくにつれて、分割された受光領域の面積が小さく設定されることが好ましい。図6には、フロントガラスに近い領域Aに形成された複数の受光領域それぞれの面積は、運転者に近い領域Bに形成された複数の受光領域それぞれの面積より大きい。この結果、回折角の温度変化に応じて、受光部122A上での回折光DLの入射位置が大きく変動しても、プッシュプル信号の算出が容易に行われる。また、受光部122Aに入射する回折光DLのスポット径が比較的大きくとも、ホログラム光学素子120Aの温度が適切に算出される。
As shown in FIG. 6, the light receiving region of the
レジスタ185Aが受光部122Aに入射する回折光DLの中心位置とホログラム光学素子120Aの温度との関係を表すデータを予め記憶しているならば、演算部186Aは、受光部122Aからの受光信号からホログラム光学素子120Aの温度を算出することができる。レジスタ185Aが受光部122Aに入射する回折光DLの中心位置とホログラム光学素子120Aの温度上昇との関係を表すデータを予め記憶しているならば、第1実施形態と同様に、第2測温部121が取得する測定値を用いて、ホログラム光学素子120Aの温度が算出される。演算部186Aは、受光部122Aからの受光信号に基づき、ホログラム光学素子120Aの温度に対して定められた基準温度からの温度変化を算出し、その後、算出された温度変化と第2測温部121からの測定値を用いて、ホログラム光学素子120Aの温度を算出してもよい。尚、演算部186Aは、第1実施形態と同様に、第2測温部121からの出力と受光部122Aからの出力とを用いて、画像の表示位置に対する補正量を算出してもよい。
If the
本実施形態において、レーザ光源130R、130G、130Bは、順次駆動(フィールドシーケンシャル駆動)される。したがって、レーザ光源130R、130G、130Bそれぞれに対して、上述の画像の表示位置に対する制御ループが順次適用されてもよい。したがって、ホログラム光学素子120Aの現在温度に対するレーザ光源130R、130G、130Bの発振波長のずれが適切に検出される。
In the present embodiment, the
順次駆動されるレーザ光源130R、130G、130Bは、好ましくは、パルス状に駆動される。この結果、シグナル/ノイズ比が好適に低減される。かくして、外光に起因するノイズの影響が低減される。
The
(表示位置に対する制御方法)
図8は、画像の表示位置を決定するための制御方法を表す概略的なフローチャートである。図9は、図8に示されるフローチャートに従う制御に基づき変動する映像光ILの光路を概略的に示す。尚、図9には、図4と同様に、ホログラム光学素子120Aの温度変動Δtが0℃のときの映像光ILの光路が点線で示され、温度変動Δtが55℃のときの映像光ILの光路が実線で示されている。図5、図8及び図9を用いて、ホログラム光学素子120Aの温度及びレーザ光源130R、130G、130Bの発振波長に基づき、画像の表示位置を補償する方法が説明される。尚、図8は、図9示される光学的構成を用いて実行される制御を表す。したがって、他の光学的構成が用いられるならば、表示される画像のシフト方向やシフト量は図8の説明とは相違してもよい。(Control method for display position)
FIG. 8 is a schematic flowchart showing a control method for determining the display position of an image. FIG. 9 schematically shows the optical path of the image light IL that varies based on the control according to the flowchart shown in FIG. In FIG. 9, as in FIG. 4, the optical path of the image light IL when the temperature variation Δt of the hologram
図8に示されるフローチャートに従って、画像の表示位置に対する制御方法が説明される。尚、上述の如く、画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置100Aは、第2測温部121を備える。第2測温部121からの出力に基づき、第2ホログラム126からの回折光DLの移動方向が正常であるか否かが判定されてもよい。
A control method for the display position of the image will be described according to the flowchart shown in FIG. As described above, the head-up
(ステップS110)
制御が開始されると、ステップS110が実行される。ステップS110において、受光部122A上での回折光DLの移動量(x)が計測される。位置制御部181Aは、計測された回折光DLの移動量の絶対値abs(x)に対して定められた閾値Xsetを予め記憶している。位置制御部181Aは、回折光DLの移動量の絶対値abs(x)と閾値Xsetとを比較する。絶対値abs(x)がXset以下であるならば、ステップS120が実行される。絶対値abs(x)がXsetより大きいならば、ステップS130が実行される。(Step S110)
When the control is started, step S110 is executed. In step S110, the movement amount (x) of the diffracted light DL on the
(ステップS120)
図8に示される如く、ステップS110とステップS120との間で処理が繰り返されるループ1が規定されている。位置制御部181Aには、ループ1の連続的な通過の回数に対して定められた閾値rが予め設定されている。ループ1を連続的に通過する処理がr回繰り返されると、位置制御は終了する。(Step S120)
As shown in FIG. 8, a
(ステップS130)
ステップS130において、第2測温部121は、車両の室内の温度を周辺温度として測定する。位置制御部181Aには、測定される周辺温度に対して定められた温度範囲に関する閾値範囲が予め設定されている。閾値範囲外の温度が測定されるならば、制御エラーとして、制御が終了され、エラーフラグが立てられる。閾値範囲内の温度が測定されるならば、ステップS140が実行される。(Step S130)
In step S130, the second
(ステップS140)
ステップS140において、第1測温部131R、131G、131Bは、レーザ光源130R、130G、130Bの温度tを測定する。位置制御部181Aには、測定されたレーザ光源130R、130G、130Bの温度に対して定められた閾値温度tsetが予め設定されている。位置制御部181Aは、測定されたレーザ光源130R、130G、130Bの温度tと、閾値温度tsetとを比較する。測定された温度tが、閾値温度tset以下であるならば、ステップS150が実行される。測定された温度tが、閾値温度tsetより大きいならば、ステップS160が実行される。(Step S140)
In step S140, the first
(ステップS150)
ステップS150において、位置制御部181Aは、温度変動Δtが0℃であるときの表示領域DA1より上方に表示領域をシフトさせる。その後、ステップS170が実行される。(Step S150)
In step S150, the
(ステップS160)
ステップS160において、位置制御部181Aは、温度変動Δtが0℃であるときの表示領域DA1より下方に表示領域をシフトさせる。その後、ステップS170が実行される。(Step S160)
In step S160, the
図8に示される如く、ステップS110からステップS170までの処理が繰り返されるループ2が規定されている。位置制御部181Aには、ループ2の連続的な通過の回数に対して定められた閾値sが予め設定されている。ループ2を連続的に通過する処理がs回繰り返されると、制御が終了され、エラーフラグが立てられる。
As shown in FIG. 8, a loop 2 in which the processing from step S110 to step S170 is repeated is defined. In the
図8に示されるフローチャートに従う制御が実行され、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置100Aは、画像の表示位置を適切に調整することができる。
Control according to the flowchart shown in FIG. 8 is executed, and the head-up
(波長データの取得)
第1実施形態及び第2実施形態に関連して説明された原理において、半導体レーザ装置の温度に基づき、発振中心波長が予測されている。代替的に、半導体レーザ装置の発振波長が直接的に測定されてもよい。半導体レーザ装置の発振波長の直接的な測定の結果、光源から発せられるレーザ光の波長シフト量に関する正確な情報が取得される。この結果、画像の表示位置に対する制御の精度が向上する。(Acquisition of wavelength data)
In the principle described in relation to the first embodiment and the second embodiment, the oscillation center wavelength is predicted based on the temperature of the semiconductor laser device. Alternatively, the oscillation wavelength of the semiconductor laser device may be directly measured. As a result of the direct measurement of the oscillation wavelength of the semiconductor laser device, accurate information regarding the wavelength shift amount of the laser light emitted from the light source is acquired. As a result, the control accuracy with respect to the image display position is improved.
図10A及び図10Bは、レーザ光の波長の変動に関する波長データを取得するための光学系の概略図である。図10A及び図10Bに関連して説明される波長データの取得原理は、上述の第1実施形態及び第2実施形態に関連して説明された画像表示装置に好適に組み込まれる。図1、図5、図10A及び図10Bを用いて、波長データを取得するための光学系が説明される。 10A and 10B are schematic views of an optical system for acquiring wavelength data relating to a change in wavelength of laser light. The wavelength data acquisition principle described with reference to FIGS. 10A and 10B is suitably incorporated in the image display apparatus described with reference to the first and second embodiments described above. An optical system for acquiring wavelength data will be described with reference to FIGS. 1, 5, 10A, and 10B.
図10Aは、波長データを取得するための光学系200を概略的に示す。光学系200は、半導体レーザ光源210を備える。半導体レーザ光源210は、レーザ光LBを出射する。半導体レーザ光源210は、図1及び図5に関連して説明されたレーザ光源130R、130G、130Bのいずれかに該当する。
FIG. 10A schematically shows an
光学系200は、コリメータレンズ220と、ビームスプリッタ230と、を更に備える。コリメータレンズ220は、半導体レーザ光源210からのレーザ光LBを平行光にする。その後、レーザ光LBは、ビームスプリッタ230に伝搬する。ビームスプリッタ230は、画像を運転者に提供するためのディスプレイ光学系に向かう第1光路と、第1光路から分岐し、波長データを取得するための第2光路とを規定する。したがって、ビームスプリッタ230は、コリメータレンズ220からのレーザ光LBを第1光路に向かう光と第2光路に向かう光とに分離する。
The
第1光路に沿って伝搬するレーザ光LBは、その後、合波・整形され、画像形成部140から映像光ILとして出射される。
Thereafter, the laser beam LB propagating along the first optical path is combined and shaped and emitted from the
光学系200は、第2光路に沿って伝搬するレーザ光LBを受光するホログラム光学素子240と、ホログラム光学素子240によって回折されたレーザ光LBを受光する受光アレイ250とを更に備える。ホログラム光学素子240の回折角は、レーザ光LBの波長に応じて変動する。したがって、半導体レーザ光源210から出射されたレーザ光LBの波長が変化すると、受光アレイ250に対するレーザ光LBの照射位置が変動する。かくして、受光アレイ250上のレーザ光LBの照射位置に基づいて、波長のずれ(変動)が検出される。ホログラム光学素子240及び受光アレイ250は、波長測定部として例示される。
The
受光アレイ250は、位置制御部181、181Aに測定された波長(照射位置)に関する波長データを出力する。位置制御部181、181Aは、上述の如く、波長データを用いて、画像の表示位置を調整する。
The
図10Bは、波長データを取得するための光学系200Aを概略的に示す。光学系200Aは、図10Aに関連して説明された光学系200と同様の半導体レーザ光源210、コリメータレンズ220及びビームスプリッタ230を備える。光学系200Aは、ビームスプリッタ230によって分離され、第2光路に沿って伝搬するレーザ光LBの一部を透過させる波長フィルタ240Aを更に備える。波長フィルタ240Aの透過特性は、波長依存性を有する。波長フィルタ240Aに対するレーザ光LBの透過光量は、レーザ光LBの波長に応じて変動する。
FIG. 10B schematically shows an
図10Bには、波長フィルタ240Aの透過特性を表す概略的なグラフが示されている。図10Bのグラフに従う特性を有する波長フィルタ240Aが第2光路に配設されると、半導体レーザ光源210からの光出力が一定であるならば、レーザ光LBの波長に応じて、波長フィルタ240Aを透過したレーザ光LBの光出力(光量)が変動する。
FIG. 10B shows a schematic graph showing the transmission characteristics of the
光学系200Aは、波長フィルタ240Aを透過した光量を検出する検出素子250Aを更に備える。検出素子250Aは、例えば、フォトダイオードといった光量を検出可能な光学素子であってもよい。上述の如く、光量の変動は、レーザ光LBの波長変動に関連づけられるので、光量の変動に基づき、レーザ光LBの波長に関する波長データが得られる。検出素子250Aは、光学系200が備える受光アレイ250よりも簡単な光学素子であってもよく、光学系200Aは簡素化される。波長フィルタ240Aは、透過要素として例示される。検出素子250Aは、光量検出部として例示される。
The
検出素子250Aは、位置制御部181、181Aに測定された波長(照射位置)に関する波長データを出力する。位置制御部181、181Aは、上述の如く、波長データを用いて、画像の表示位置を調整する。
The
光学系200Aは、波長のシフト量は、光量として検出される。したがって、印加電流に対する光量値は予め調査されている。
In the
(走査光学系)
第1実施形態及び第2実施形態の原理は、画像形成部140として2次元変調素子が用いられたヘッドアップディスプレイ装置100,100Aに関連して主に説明されている。しかしながら、画像形成部に対して、ミラー素子を用いた走査を通じて画像形成並びに画像表示を行う走査型の光学系が適用されてもよい。(Scanning optical system)
The principle of the first and second embodiments is mainly described in relation to the head-up
走査型の光学系が画像形成部として用いられるならば、運転者の眼の位置に応じて、画像形成部によって形成される画像の表示位置が微調整される。 If the scanning optical system is used as the image forming unit, the display position of the image formed by the image forming unit is finely adjusted according to the position of the eyes of the driver.
図11は、運転者の眼の位置に応じた画像の表示位置の調整手法を表す概略図である。図11を用いて、運転者の眼の位置に応じた画像の表示位置の調整手法が説明される。 FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method for adjusting the display position of an image according to the position of the driver's eyes. The adjustment method of the display position of the image according to a driver | operator's eye position is demonstrated using FIG.
図11には、第1高さ位置に存する運転者の眼E1及び第1高さ位置より50mmだけ上方の第2高さ位置に存する運転者の眼E2が示されている。眼E1に到達する映像光ILの光路は、図11において、実線で示されている。また、図11は、眼E1によって視認される画像の表示位置DP1を実線で示す。画像が表示位置DP1で表示されると、映像光ILは、フロントガラスFGに取り付けられたホログラムミラー120によって反射され、眼E1に到達する。この結果、運転者は、フロントガラスFG越しに、虚像VIを視認する。
FIG. 11 shows the driver's eye E1 at the first height position and the driver's eye E2 at the
運転者が眼の位置を第2高さ位置に変えると、映像光ILの光路が運転者の眼からずれるので、運転者は画像を視認しにくくなる。運転者は、画像表示装置を操作し、画像の表示位置を調整することができる。 When the driver changes the position of the eyes to the second height position, the optical path of the image light IL is deviated from the eyes of the driver, so that it is difficult for the driver to visually recognize the image. The driver can adjust the display position of the image by operating the image display device.
図11には、表示位置DP1から0.11mmだけずらされた表示位置DP2が示されている。また、図11は、表示位置DP2から伝搬する映像光ILが点線で示されている。 FIG. 11 shows a display position DP2 that is shifted by 0.11 mm from the display position DP1. In FIG. 11, the video light IL propagating from the display position DP2 is indicated by a dotted line.
画像が表示位置DP2で表示されると、ホログラムミラー120によって反射された映像光ILは、眼E1より50mm上方にある眼E2に到達する。したがって、運転者は、画像の表示位置を変更し、鮮明な画像を視認することができる。
When the image is displayed at the display position DP2, the video light IL reflected by the
図12は、画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図12を用いて、走査光学系が組み込まれたヘッドアップディスプレイ装置が説明される。 FIG. 12 is a schematic diagram of a head-up display device exemplified as an image display device. A head-up display device incorporating a scanning optical system will be described with reference to FIG.
ヘッドアップディスプレイ装置100Bは、上述の一連の実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置100、100Aと同様に、レーザ光源130R、130G、130B、入力ポート190、画像信号処理部182及び中間スクリーン160を備える。ヘッドアップディスプレイ装置100Bは、レーザ光源130R、130G、130Bから出射されたレーザ光LBを整形及び合波する光学系300と、光学系300によって整形及び合波されたレーザ光LBを中間スクリーン160上で走査する走査ミラー310と、走査ミラー310を駆動するミラー駆動回路320と、を更に備える。走査ミラー310は、ミラー駆動回路320が発生させた信号に応じて、X軸及びY軸周りに振動し、レーザ光LBを上下左右に走査する。ミラー駆動回路320によって駆動される走査ミラー310が、レーザ光LBを走査する結果、中間スクリーン160上で画像が描かれる。走査ミラー310は、反射素子として例示される。
The head-up
ヘッドアップディスプレイ装置100Bが表示する画像のデータは、入力ポート190に電気信号として入力される。画像信号処理部182は、画素毎の輝度データ及び色データに画像データを分解する。画像信号処理部182は、ミラー駆動回路320から電気信号として送られる走査ミラー310の振動周波数に関する情報に基づいて、レーザ光源130R、130G、130Bの点灯タイミングを規定するタイミング信号を生成する。
Image data displayed by the head-up
ヘッドアップディスプレイ装置100Bは、レーザ光源130R、130G、130Bを駆動するレーザ駆動回路330を更に備える。画像信号処理部182は、上述のタイミング信号をレーザ駆動回路330に電気信号として出力する。レーザ駆動回路330は、受信されたタイミング信号に基づき、レーザ光源130R、130G、130Bに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源130R、130G、130Bが点灯する。
The head-up
中間スクリーン160以降の光学的構成は、上述の一連の実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置100、100Aと同様である。
The optical configuration after the
走査ミラー310は、静電駆動されるMSEMSミラー、圧電駆動されるMEMSミラー、電磁駆動されるMEMSミラーやモータの回転を利用して駆動されるガルバノミラーといった反射素子であってもよい。これらのミラーが画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置100Bに用いられてもよい。特に、静電駆動されるMEMSミラーや圧電駆動されるMEMSミラーは、周辺温度やレーザ照射の有無に応じて特性が変化しやすいので、これらのミラーが画像表示装置に用いられるならば、時々刻々と変化する周辺環境に応じて、レーザ光源の点灯タイミングの補正も適切に行われる。したがって、MEMSミラーの温度特性と合わせて、画像の表示位置の補正が実行される。
The
図12に示される光学的な構成を用いて、ヘッドマウントディスプレイが構成されてもよい。 The head mounted display may be configured using the optical configuration shown in FIG.
上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。以下の構成を備える画像表示装置が使用されている間、レーザ光源の発振波長の変化と回折素子の回折角変化との間の同期が可能となる。この結果、画像表示装置は、色ずれ、にじみ、解像度劣化が十分に低減された画像を表示することができる。 The above-described embodiment mainly includes the following configuration. While an image display device having the following configuration is used, synchronization between the change in the oscillation wavelength of the laser light source and the change in the diffraction angle of the diffraction element is possible. As a result, the image display apparatus can display an image in which color misregistration, blurring, and resolution deterioration are sufficiently reduced.
上述の実施形態の一の局面に係る画像表示装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、前記映像光を回折する第1回折素子と、前記レーザ光の波長と前記第1回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする。 An image display device according to an aspect of the above-described embodiment includes a laser light source that emits laser light, an image forming element that emits video light for displaying an image using the laser light, and the video light. And a control element for controlling a display position of the image based on a wavelength of the laser light and a temperature of the first diffraction element.
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光源から発せられたレーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する。制御要素は、レーザ光の波長と、前記映像光を回折する第1回折素子の温度と、に基づき、画像の表示位置を制御する。したがって、レーザ光の波長及び第1回折素子の温度の変動に起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the image forming element emits video light for displaying an image using the laser light emitted from the laser light source. The control element controls the display position of the image based on the wavelength of the laser light and the temperature of the first diffraction element that diffracts the image light. Accordingly, image quality deterioration due to fluctuations in the wavelength of the laser light and the temperature of the first diffraction element is less likely to occur.
上記構成において、前記レーザ光源の温度及び前記レーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第1温度データを出力する第1測温部と、前記第1回折素子の温度及び前記第1回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第2温度データを出力する第2測温部と、を更に備え、前記制御要素は、前記第1温度データと前記第2温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することが好ましい。 In the above configuration, the first temperature measuring unit that measures at least one of the temperature of the laser light source and the ambient temperature of the laser light source and outputs first temperature data; the temperature of the first diffraction element; and the first diffraction A second temperature measuring unit that measures at least one of the ambient temperatures of the element and outputs second temperature data; and the control element is based on the first temperature data and the second temperature data, It is preferable to control the display position of the image.
上記構成によれば、レーザ光源の温度及びレーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定する第1測温部は、第1温度データを出力する。第1回折素子の温度及び第1回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定する第2測温部は、第2温度データを出力する。制御要素は、第1温度データと第2温度データとに基づき、画像の表示位置を制御するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第1回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the first temperature measuring unit that measures at least one of the temperature of the laser light source and the ambient temperature of the laser light source outputs the first temperature data. The second temperature measuring unit that measures at least one of the temperature of the first diffraction element and the ambient temperature of the first diffraction element outputs second temperature data. Since the control element controls the display position of the image based on the first temperature data and the second temperature data, the control element is caused by the fluctuation of the wavelength of the laser beam caused by the temperature of the laser light source and the fluctuation of the temperature of the first diffraction element. Deterioration of image quality is less likely to occur.
上記構成において、前記制御要素は、前記第1温度データと前記第2温度データとに基づき、前記画像の表示位置に対するシフト量を決定し、該シフト量に関するシフト情報を前記画像形成要素に出力し、該画像形成要素は、前記シフト情報に基づき、前記画像の表示位置を変更することが好ましい。 In the above configuration, the control element determines a shift amount with respect to the display position of the image based on the first temperature data and the second temperature data, and outputs shift information regarding the shift amount to the image forming element. The image forming element preferably changes the display position of the image based on the shift information.
上記構成によれば、第1温度データと第2温度データとに基づき、画像の表示位置に対するシフト量を決定する制御要素は、シフト量に関するシフト情報を画像形成要素に出力する。画像形成要素は、シフト情報に基づき、画像の表示位置を変更するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第1回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the control element that determines the shift amount with respect to the image display position based on the first temperature data and the second temperature data outputs the shift information regarding the shift amount to the image forming element. Since the image forming element changes the display position of the image based on the shift information, the image quality is hardly deteriorated due to the change in the wavelength of the laser beam caused by the temperature of the laser light source and the change in the temperature of the first diffraction element. Become.
上記構成において、前記レーザ光源は、第1色相の第1レーザ光を発する第1レーザ光源と、第2色相の第2レーザ光を発する第2レーザ光源と、を含み、前記画像は、前記第1レーザ光によって表現される第1画像と前記第2レーザ光によって表現される第2画像とによって表され、前記シフト情報は、前記第1画像の表示位置のシフト量に関する第1シフト情報と、前記第2画像の表示位置のシフト量に関する第2シフト情報と、を含み、前記制御要素は、前記第1シフト情報と前記第2シフト情報とに基づき、前記第1画像及び前記第2画像の表示位置をそれぞれ独立に変更することが好ましい。 In the above configuration, the laser light source includes a first laser light source that emits a first laser beam having a first hue, and a second laser light source that emits a second laser beam having a second hue, and the image includes the first laser light source. Represented by a first image expressed by one laser beam and a second image expressed by the second laser beam, the shift information includes first shift information relating to a shift amount of a display position of the first image; Second shift information related to a shift amount of the display position of the second image, and the control element is configured to control the first image and the second image based on the first shift information and the second shift information. It is preferable to change the display position independently.
上記構成によれば、レーザ光源は、第1色相の第1レーザ光を発する第1レーザ光源と、第2色相の第2レーザ光を発する第2レーザ光源と、を含む。画像は、第1レーザ光によって表現される第1画像と第2レーザ光によって表現される第2画像とによって表される。シフト情報は、第1画像の表示位置のシフト量に関する第1シフト情報と、第2画像の表示位置のシフト量に関する第2シフト情報と、を含む。制御要素は、第1シフト情報と第2シフト情報とに基づき、第1画像及び第2画像の表示位置をそれぞれ独立に変更するので、高画質の画像が提供される。 According to the above configuration, the laser light source includes the first laser light source that emits the first laser light having the first hue and the second laser light source that emits the second laser light having the second hue. The image is represented by a first image expressed by the first laser light and a second image expressed by the second laser light. The shift information includes first shift information related to the shift amount of the display position of the first image and second shift information related to the shift amount of the display position of the second image. Since the control element independently changes the display positions of the first image and the second image based on the first shift information and the second shift information, a high-quality image is provided.
上記構成において、前記第1回折素子に入射する外光及び前記第1回折素子の周辺に入射する外光のうち少なくとも一方の光量を測定し、前記少なくとも一方の光量に関する光量データを出力する測光部を更に備え、前記制御要素は、前記第1温度データ、前記第2温度データ及び前記光量データに基づき、前記シフト情報を生成することが好ましい。 In the above configuration, a photometric unit that measures at least one light amount of external light incident on the first diffractive element and external light incident on the periphery of the first diffractive element, and outputs light amount data relating to the at least one light amount. It is preferable that the control element generates the shift information based on the first temperature data, the second temperature data, and the light amount data.
上記構成によれば、第1回折素子に入射する外光及び第1回折素子の周辺に入射する外光のうち少なくとも一方の光量を測定する測光部は、少なくとも一方の光量に関する光量データを出力する。制御要素は、第1温度データ、第2温度データ及び光量データに基づき、シフト情報を生成するので、画像の表示位置に対する制御が一層適切に行われる。 According to the above configuration, the photometry unit that measures at least one light amount of the external light incident on the first diffractive element and the external light incident on the periphery of the first diffractive element outputs light amount data regarding at least one light amount. . Since the control element generates shift information based on the first temperature data, the second temperature data, and the light amount data, the control of the display position of the image is more appropriately performed.
上記構成において、前記第2測温部は、前記映像光の一部を前記第1回折素子と異なる方向に回折する第2回折素子と、該第2回折素子によって回折された前記映像光を受光する受光要素と、を含み、前記第2回折素子は、該第2回折素子の温度に応じて、前記映像光の回折方向を変化させ、前記受光要素は、前記回折方向の変化に応じた前記第2温度データを前記制御要素に出力することが好ましい。 In the above configuration, the second temperature measuring unit receives a second diffraction element that diffracts a part of the image light in a direction different from the first diffraction element, and the image light diffracted by the second diffraction element. The second diffraction element changes a diffraction direction of the image light according to a temperature of the second diffraction element, and the light reception element changes the diffraction direction according to the change of the diffraction direction. It is preferable to output the second temperature data to the control element.
上記構成によれば、第2測温部は、映像光の一部を第1回折素子と異なる方向に回折する第2回折素子と、第2回折素子によって回折された映像光を受光する受光要素と、を含む。第2回折素子は、第2回折素子の温度に応じて、映像光の回折方向を変化させる。受光要素は、回折方向の変化に応じた第2温度データを制御要素に出力するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第1回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the second temperature measuring unit includes the second diffraction element that diffracts part of the image light in a direction different from the first diffraction element, and the light receiving element that receives the image light diffracted by the second diffraction element. And including. The second diffraction element changes the diffraction direction of the image light according to the temperature of the second diffraction element. Since the light receiving element outputs the second temperature data corresponding to the change in the diffraction direction to the control element, the image quality caused by the fluctuation of the wavelength of the laser beam caused by the temperature of the laser light source and the fluctuation of the temperature of the first diffraction element is increased. Deterioration is less likely to occur.
上記構成において、画像表示装置は、受光要素に設けられたフィルタ要素を更に備え、該フィルタ要素は、迷光を抑制することが好ましい。 In the above configuration, the image display device further includes a filter element provided in the light receiving element, and the filter element preferably suppresses stray light.
上記構成によれば、受光要素に、迷光を抑制するフィルタが設けられるので、映像光の不必要な回折が抑制される。 According to the above configuration, the light receiving element is provided with the filter that suppresses stray light, so that unnecessary diffraction of the image light is suppressed.
上記構成において、前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査し、前記画像を形成し、前記受光要素は、複数の受光領域を含むことが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the image forming element scans the laser beam to form the image, and the light receiving element includes a plurality of light receiving regions.
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光を走査し、画像を形成する。受光要素は、複数の受光領域を含むので、レーザ光が走査されても、正確な第2温度データが得られる。 According to the above configuration, the image forming element scans the laser beam to form an image. Since the light receiving element includes a plurality of light receiving regions, accurate second temperature data can be obtained even when the laser beam is scanned.
上記構成において、前記受光要素は、前記回折方向の変化方向に整列された複数の受光領域を含むことが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the light receiving element includes a plurality of light receiving regions aligned in the direction of change of the diffraction direction.
上記構成によれば、受光要素は、回折方向の変化方向に整列された複数の受光領域を含むので、回折方向の変化が適切に検出される。 According to the above configuration, since the light receiving element includes a plurality of light receiving regions aligned in the direction of change of the diffraction direction, a change in the diffraction direction is appropriately detected.
上記構成において、前記レーザ光源へ電力を供給する電源要素を更に備え、前記受光要素が前記映像光を受光しないとき、又は、前記受光要素が受光した前記映像光の光量が、該光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、前記制御要素は、前記電源要素を制御し、前記電力の供給を停止させることが好ましい。 In the above configuration, the apparatus further includes a power supply element that supplies power to the laser light source, and when the light receiving element does not receive the image light, or the light amount of the image light received by the light receiving element is relative to the light amount. It is preferable that the control element controls the power supply element to stop the supply of electric power when it falls below a predetermined light amount threshold value.
上記構成によれば、レーザ光源へ電力を供給する電源要素を更に備える。受光要素が映像光を受光しないとき、又は、受光要素が受光した映像光の光量が、光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、制御要素は、電源要素を制御し、電力の供給を停止させる。したがって、画像表示装置の安全性が向上する。 According to the said structure, the power supply element which supplies electric power to a laser light source is further provided. When the light receiving element does not receive video light, or when the light quantity of the video light received by the light receiving element falls below a light quantity threshold determined with respect to the light quantity, the control element controls the power supply element and supplies power. Stop. Therefore, the safety of the image display device is improved.
上記構成において、前記制御要素は、前記レーザ光源の温度特性と前記第1回折素子の温度特性とを含む温度特性データを記憶する記憶部と、前記第1温度データ、前記第2温度データ及び前記温度特性データに基づき、前記シフト情報を生成する生成部と、前記シフト情報を含む信号を生成及び出力する出力部と、を含むことが好ましい。 In the above configuration, the control element includes a storage unit that stores temperature characteristic data including a temperature characteristic of the laser light source and a temperature characteristic of the first diffraction element, the first temperature data, the second temperature data, and the It is preferable to include a generation unit that generates the shift information based on temperature characteristic data, and an output unit that generates and outputs a signal including the shift information.
上記構成によれば、制御要素の記憶部は、レーザ光源の温度特性と第1回折素子の温度特性とを含む温度特性データを記憶する。制御要素の生成部は、第1温度データ、第2温度データ及び温度特性データに基づき、シフト情報を生成する。出力部は、シフト情報を含む信号を生成及び出力するので、レーザ光源の温度及び第1回折素子の温度の変動に起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the storage unit of the control element stores temperature characteristic data including the temperature characteristic of the laser light source and the temperature characteristic of the first diffraction element. The control element generation unit generates shift information based on the first temperature data, the second temperature data, and the temperature characteristic data. Since the output unit generates and outputs a signal including shift information, the image quality is less likely to deteriorate due to fluctuations in the temperature of the laser light source and the temperature of the first diffraction element.
上記構成において、前記レーザ光の波長を測定し、該波長に関する波長データを出力する波長測定部を更に備え、前記制御要素は、前記波長データと前記第2温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することが好ましい。 In the above-described configuration, a wavelength measuring unit that measures the wavelength of the laser beam and outputs wavelength data related to the wavelength is further provided, and the control element displays the image based on the wavelength data and the second temperature data. It is preferable to control the position.
上記構成によれば、レーザ光の波長を測定する波長測定部は、レーザ光の波長に関する波長データを出力する。制御要素は、波長データと第2温度データとに基づき、画像の表示位置を制御するので、レーザ光の波長の変動と第1回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the wavelength measuring unit that measures the wavelength of the laser light outputs wavelength data relating to the wavelength of the laser light. Since the control element controls the display position of the image based on the wavelength data and the second temperature data, the image quality is less likely to be deteriorated due to the variation in the wavelength of the laser light and the variation in the temperature of the first diffraction element. .
上記構成において、前記波長測定部は、前記レーザ光を回折するホログラム素子と、該ホログラム素子によって回折された前記レーザ光を受光し、前記ホログラム素子の回折角の変化を検出する受光アレイと、を含み、前記ホログラム素子は、前記レーザ光の波長に応じて、該レーザ光に対する回折角を変化させることが好ましい。 In the above configuration, the wavelength measuring unit includes a hologram element that diffracts the laser light, and a light receiving array that receives the laser light diffracted by the hologram element and detects a change in the diffraction angle of the hologram element. In addition, it is preferable that the hologram element changes a diffraction angle with respect to the laser beam according to a wavelength of the laser beam.
上記構成によれば、波長測定部は、レーザ光を回折するホログラム素子と、ホログラム素子によって回折されたレーザ光を受光し、ホログラム素子の回折角の変化を検出する受光アレイと、を含む。ホログラム素子は、レーザ光の波長に応じて、レーザ光に対する回折角を変化させるので、レーザ光の波長変動が適切に検出される。 According to the above configuration, the wavelength measurement unit includes the hologram element that diffracts the laser light and the light receiving array that receives the laser light diffracted by the hologram element and detects a change in the diffraction angle of the hologram element. Since the hologram element changes the diffraction angle with respect to the laser beam in accordance with the wavelength of the laser beam, the wavelength variation of the laser beam is appropriately detected.
上記構成において、前記波長測定部は、前記レーザ光の一部を透過させる透過要素と、該透過要素を透過した前記レーザ光の光量を検出する光量検出部と、を含み、前記透過要素は、前記レーザ光の波長に応じて、前記レーザ光の透過光量を変動させ、前記光量検出部は、前記透過光量の変動に基づき、前記波長データを生成することが好ましい。 In the above configuration, the wavelength measurement unit includes a transmission element that transmits a part of the laser light, and a light amount detection unit that detects a light amount of the laser light transmitted through the transmission element, and the transmission element includes: It is preferable that the transmitted light amount of the laser light is changed in accordance with the wavelength of the laser light, and the light amount detection unit generates the wavelength data based on the change of the transmitted light amount.
上記構成によれば、波長測定部は、レーザ光の一部を透過させる透過要素と、透過要素を透過したレーザ光の光量を検出する光量検出部と、を含む。透過要素は、レーザ光の波長に応じて、レーザ光の透過光量を変動させる。光量検出部は、透過光量の変動に基づき、波長データを生成するので、レーザ光の波長の変動と第1回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。 According to the above configuration, the wavelength measurement unit includes the transmission element that transmits part of the laser light and the light amount detection unit that detects the amount of laser light transmitted through the transmission element. The transmissive element varies the amount of laser light transmitted according to the wavelength of the laser light. Since the light amount detection unit generates wavelength data based on the variation in the transmitted light amount, the image quality is less likely to deteriorate due to the variation in the wavelength of the laser light and the variation in the temperature of the first diffraction element.
上記構成において、前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査するための反射素子を含むことが好ましい。 In the above configuration, the image forming element preferably includes a reflective element for scanning the laser beam.
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光を走査するための反射素子を含むので、高い精度且つ省電力で、画像が形成される。 According to the above configuration, since the image forming element includes the reflective element for scanning the laser beam, an image is formed with high accuracy and power saving.
上記構成において、前記反射素子は、静電駆動又は圧電駆動されるMEMSミラーを含むことが好ましい。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the said reflective element contains the MEMS mirror driven electrostatically or piezoelectrically.
上記構成によれば、反射素子は、静電駆動又は圧電駆動されるMEMSミラーを含むので、高い精度且つ省電力で、画像が形成される。 According to the above configuration, since the reflective element includes the MEMS mirror that is electrostatically driven or piezoelectrically driven, an image is formed with high accuracy and power saving.
上記構成において、前記回折素子は、車両のフロントガラスに取り付けられることが好ましい。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the said diffraction element is attached to the windshield of a vehicle.
上記構成によれば、第1回折素子は、車両のフロントガラスに取り付けられるので、画像表示装置は、車載用のヘッドアップディスプレイとして好適に用いられる。 According to the said structure, since a 1st diffraction element is attached to the windshield of a vehicle, an image display apparatus is used suitably as a head-up display for vehicle mounting.
上記構成において、上述の画像表示装置が車両に搭載された車載用画像表示装置であって、前記車両を運転する運転者と前記車両のフロントガラスとの間に配設された前記受光要素は、第1受光領域と、前記第1受光領域よりも前記運転者の近くに配設された第2受光領域と、を含み、前記第2受光領域は、前記第1受光領域よりも大きな受光面を有することが好ましい。 In the above configuration, the above-described image display device is an on-vehicle image display device mounted on a vehicle, and the light receiving element disposed between a driver driving the vehicle and the windshield of the vehicle includes: A first light receiving area and a second light receiving area disposed closer to the driver than the first light receiving area, wherein the second light receiving area has a larger light receiving surface than the first light receiving area. It is preferable to have.
上記構成によれば、上述の画像表示装置は、車両に搭載され、車載用画像表示装置として用いられる。車両を運転する運転者と車両のフロントガラスとの間に配設された受光要素は、第1受光領域と、第1受光領域よりも運転者の近くに配設された第2受光領域と、を含む。第2受光領域は、第1受光領域よりも小さな受光面を有するので、レーザ光の波長変動が適切に検出される。 According to the said structure, the above-mentioned image display apparatus is mounted in a vehicle and used as a vehicle-mounted image display apparatus. The light receiving element disposed between the driver driving the vehicle and the windshield of the vehicle includes a first light receiving region, a second light receiving region disposed closer to the driver than the first light receiving region, including. Since the second light receiving region has a light receiving surface smaller than that of the first light receiving region, the wavelength variation of the laser light is appropriately detected.
本実施形態の原理に従う画像表示装置が使用されている間、レーザ光の発光スペクトルのシフト量とホログラムの回折角の温度変化との間の同期が達成される。その結果、色ズレ、にじみや解像度の劣化といった画質の低下が生じにくくなる。かくして、本実施形態の原理は、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイといった様々な画像表示装置に好適に適用される。 While the image display device according to the principle of the present embodiment is used, synchronization between the shift amount of the emission spectrum of the laser light and the temperature change of the diffraction angle of the hologram is achieved. As a result, image quality degradation such as color misregistration, blurring, and resolution degradation is less likely to occur. Thus, the principle of the present embodiment is suitably applied to various image display devices such as a head-up display and a head-mounted display.
Claims (17)
前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、
前記映像光を回折する第1回折素子と、
前記レーザ光の波長と前記第1回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、
前記レーザ光源の温度及び前記レーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第1温度データを出力する第1測温部と、
前記第1回折素子の温度及び前記第1回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第2温度データを出力する第2測温部と、を備え、
前記制御要素は、前記第1温度データと前記第2温度データとに基づき、前記画像の前記表示位置を制御する
画像表示装置。 A laser light source that emits laser light;
An image forming element that emits video light for displaying an image using the laser beam;
A first diffraction element that diffracts the image light;
A control element for controlling the display position of the image based on the wavelength of the laser beam and the temperature of the first diffraction element;
A first temperature measuring unit that measures at least one of the temperature of the laser light source and the ambient temperature of the laser light source and outputs first temperature data;
A second temperature measuring unit that measures at least one of the temperature of the first diffractive element and the ambient temperature of the first diffractive element and outputs second temperature data;
The control element controls the display position of the image based on the first temperature data and the second temperature data.
Image display device.
前記画像形成要素は、前記シフト情報に基づき、前記画像の前記表示位置を変更することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 Wherein the control element is based on the first temperature data and the second temperature data, to determine the shift amount with respect to the display position of the image, and outputs the shift information on the shift amount to the image forming element,
Said imaging element, based on the shift information, the image display apparatus according to claim 1, characterized by changing the display position of the image.
前記画像は、前記第1レーザ光によって表現される第1画像と前記第2レーザ光によって表現される第2画像とによって表され、
前記シフト情報は、前記第1画像の表示位置のシフト量に関する第1シフト情報と、前記第2画像の表示位置のシフト量に関する第2シフト情報と、を含み、
前記制御要素は、前記第1シフト情報と前記第2シフト情報とに基づき、前記第1画像及び前記第2画像の表示位置をそれぞれ独立に変更することを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。 The laser light source includes a first laser light source that emits a first laser light of a first hue, and a second laser light source that emits a second laser light of a second hue,
The image is represented by a first image expressed by the first laser beam and a second image expressed by the second laser beam,
The shift information includes first shift information related to a shift amount of the display position of the first image, and second shift information related to a shift amount of the display position of the second image,
The image according to claim 3, wherein the control element independently changes display positions of the first image and the second image based on the first shift information and the second shift information. Display device.
前記制御要素は、前記第1温度データ、前記第2温度データ及び前記光量データに基づき、前記シフト情報を生成することを特徴とする請求項3又は4に記載の画像表示装置。 A light measuring unit that measures the amount of light of at least one of external light incident on the first diffractive element and external light incident on the periphery of the first diffractive element, and outputs light amount data relating to the at least one light amount;
5. The image display device according to claim 3, wherein the control element generates the shift information based on the first temperature data, the second temperature data, and the light amount data.
前記第2回折素子は、前記第2回折素子の温度に応じて、前記映像光の回折方向を変化させ、
前記受光要素は、前記回折方向の変化に応じた前記第2温度データを前記制御要素に出力することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The second temperature sensing unit, a light receiving element for receiving a second diffraction element for diffracting a part of the image light in a direction different from said first diffraction element, the image light diffracted by the second diffraction element Including,
Said second diffraction element, in accordance with the temperature of the second diffractive element, changing the diffraction direction of the image light,
The image display device according to claim 1 , wherein the light receiving element outputs the second temperature data corresponding to a change in the diffraction direction to the control element.
該フィルタ要素は、迷光を抑制することを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。 A filter element provided on the light receiving element;
The image display device according to claim 6, wherein the filter element suppresses stray light.
前記受光要素は、複数の受光領域を含むことを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。 The image forming element scans the laser beam to form the image;
The image display device according to claim 6, wherein the light receiving element includes a plurality of light receiving regions.
前記第2測温部は、前記映像光の一部を前記第1回折素子と異なる方向に回折する第2回折素子と、前記第2回折素子によって回折された前記映像光を受光する受光要素と、を含み、
前記受光要素が前記映像光を受光しないとき、又は、前記受光要素が受光した前記映像光の光量が、前記光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、前記制御要素は、前記電源要素を制御し、前記電力の供給を停止させることを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。 A power supply element for supplying power to the laser light source;
The second temperature measuring unit includes a second diffractive element that diffracts part of the image light in a direction different from the first diffractive element, and a light receiving element that receives the image light diffracted by the second diffractive element. Including,
When the light receiving element does not receive the image light, or the light amount of the image light which the light receiving element has received is, when below the amount determined threshold with respect to the light amount, said control element, said power element The image display device according to claim 3, wherein the image display device is controlled to stop the supply of power.
前記第1温度データ、前記第2温度データ及び前記温度特性データに基づき、前記シフト情報を生成する生成部と、
前記シフト情報を含む信号を生成及び出力する出力部と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。 The control element stores a temperature characteristic data including a temperature characteristic of the laser light source and a temperature characteristic of the first diffraction element;
A generating unit that generates the shift information based on the first temperature data, the second temperature data, and the temperature characteristic data;
The image display apparatus according to claim 3 , further comprising: an output unit that generates and outputs a signal including the shift information.
前記制御要素は、前記波長データと前記第2温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像表示装置。 A wavelength measuring unit that measures the wavelength of the laser beam and outputs wavelength data related to the wavelength;
The image display device according to claim 1, wherein the control element controls a display position of the image based on the wavelength data and the second temperature data.
前記ホログラム素子は、前記レーザ光の波長に応じて、該レーザ光に対する回折角を変化させることを特徴とする請求項12に記載の画像表示装置。 The wavelength measuring unit includes a hologram element that diffracts the laser light, and a light receiving array that receives the laser light diffracted by the hologram element and detects a change in the diffraction angle of the hologram element,
The image display apparatus according to claim 12, wherein the hologram element changes a diffraction angle with respect to the laser beam in accordance with a wavelength of the laser beam.
前記透過要素は、前記レーザ光の波長に応じて、前記レーザ光の透過光量を変動させ、
前記光量検出部は、前記透過光量の変動に基づき、前記波長データを生成することを特徴とする請求項13に記載の画像表示装置。 The wavelength measurement unit includes a transmission element that transmits a part of the laser light, and a light amount detection unit that detects a light amount of the laser light transmitted through the transmission element,
The transmissive element varies the amount of transmitted light of the laser light according to the wavelength of the laser light,
The image display device according to claim 13, wherein the light amount detection unit generates the wavelength data based on a variation in the transmitted light amount.
前記車両を運転する運転者と前記車両のフロントガラスとの間に配設された前記受光要素は、第1受光領域と、前記第1受光領域よりも前記運転者の近くに配設された第2受光領域と、を含み、The light receiving element disposed between the driver driving the vehicle and the windshield of the vehicle includes a first light receiving region and a first light receiving region disposed closer to the driver than the first light receiving region. 2 light receiving areas,
前記第2受光領域は、前記第1受光領域よりも大きな受光面を有することを特徴とする車載用画像表示装置。The in-vehicle image display device, wherein the second light receiving area has a larger light receiving surface than the first light receiving area.
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